(57)【要約】【課題】ポンプ空間内から漏れ出すベーンの摺動音や圧縮空気の漏れによる空気の膨張音を抑制し、モバイル用燃料電池ユニット内に搭載可能な小型サイズを実現したベーンロータリ型空気ポンプを提供する。【解決手段】マフラ部４をフロントプレート９と一体に形成することで、マフラ部４とポンプ本体間の接続配管やマフラ取り付け部品を設ける必要がなくなるとともに、ポンプ空間から漏れ出すベーンの摺動音や圧縮した空気の漏れによる膨張音を拡散および共鳴させ、騒音エネルギーを吸収し、ポンプ外へ漏れ出す騒音の抑制が可能となる。【選択図】図１
2006017024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の内壁を有するシリンダ内に、前記シリンダの内壁の中心軸から偏心させた状態で円柱形状のロータを配置し、前記ロータにはその中心軸方向に複数のスリットを設け、これらのスリットには自己潤滑性を有する材質よりなる板状の前記ベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、吸入ポートを備えたフロントプレートとエンドプレートとを前記ロータと前記ベーンを挟み込むように前記シリンダの端面に配置してポンプ空間を形成し、前記ロータの中心軸にはメカシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、前記エンドプレートの反ポンプ側にはモータを配置し、前記モータが前記メカシャフトを駆動することにより前記ロータが回転し、前記ベーンが前記スリット内を往復運動しつつ前記ベーン先端が前記シリンダの内壁に沿って摺動することで、前記ポンプ空間が伸縮作用を生じて空気の吸入と圧縮と吐出とを繰り返すオイルレス空気ポンプであって、前記フロントプレートに吸入マフラを一体に形成したことを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
円筒形状の内壁を有するシリンダ内に、前記シリンダの内壁の中心軸から偏心させた状態で円柱形状のロータを配置し、前記ロータにはその中心軸方向に複数のスリットを設け、これらのスリットには自己潤滑性を有する材質よりなる板状の前記ベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、吸入ポートを備えたフロントプレートとエンドプレートとを前記ロータと前記ベーンを挟み込むように前記シリンダの端面に配置してポンプ空間を形成し、前記ロータの中心軸にはメカシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、前記エンドプレートの反ポンプ側にはモータを配置し、前記モータが前記メカシャフトを駆動することにより前記ロータが回転し、前記ベーンが前記スリット内を往復運動しつつ前記ベーン先端が前記シリンダの内壁に沿って摺動することで、前記ポンプ空間が伸縮作用を生じて空気の吸入と圧縮と吐出とを繰り返すオイルレス空気ポンプであって、前記フロントプレートに吸入マフラおよび吐出マフラを一体に形成したことを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項３】
吸入マフラの空間容積をポンプ吸入容積の５倍から１０倍の範囲としてなる請求項１又は請求項２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
吸入マフラの流路の上流側に吸入管を設けてなる請求項１から請求項３のうちいずれかに記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項５】
吸入マフラの流路の上流側と下流側に吸入管を設けてなる請求項１から請求項３のうちいずれかに記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項６】
吸入マフラの流路の上流側と下流側に吸入管をオフセット配置してなる請求項５に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項７】
上流側の吸入管の吸入マフラ外部の長さを前記吸入マフラの流線方向長さの３０％から５０％とし、かつ前記吸入管の断面積を前記吸入マフラの流線と直交方向の断面積の３％から１０％としてなる請求項４から請求項６のうちいずれかに記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項８】
吸入管の吸入マフラ内部への挿入長さを前記吸入マフラの流線方向長さの５０％から７０％とし、かつ前記吸入管の断面積を前記吸入マフラの流線と直交方向の断面積の３％から１０％としてなる請求項４から請求項７のうちいずれかに記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いたモバイル用情報端末機器の空気供給装置等に使用される小型のベーンロータリ型空気ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のベーンロータリ型ポンプとしては、吸排気音を含めたポンプの作動音を抑制するために、消音装置を設けたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図４（ａ），（ｂ）は、従来のロータ回転式ポンプの断面図で、図５は従来のロータ回転式ポンプの配置図である。このロータ回転式ポンプ１０１は、両端がフロントプレート１０２およびエンドプレート１０３で閉鎖された筒状内壁を有するシリンダ１０４を有している。シリンダ１０４の内部には、外周の一部がシリンダ１０４の内壁と小隙間を形成するロータ１０５が配設されている。
【０００４】
ロータ１０５に一体的に形成されたメカシャフト１０６は、両端がフロントプレート１０２に配設されたベアリング１０７ａおよびエンドプレート１０３に配設されたボール軸受け１０７ｂに回転自在に支持されている。ロータ１０５の外周面には、複数の溝１０８が形成され、各溝１０８に板状のベーン１０９の一端が摺動自在に挿入されている。そして、ベーン１０９はシリンダ１０４、ロータ１０５、フロントプレート１０２、エンドプレート１０３とともにポンプ空間１１０を形成している。フロントプレート１０２にはポンプ空間１１０と連通する吸入ポート１１１と吐出ポート１１２が形成されている。吸入ポート１１１の吸入経路の上流側にはポンプとは独立した吸入マフラ１１３を設置し、吐出ポート１１２の吐出経路の下流側にはポンプとは独立した吐出マフラ１１４２７を設置している。
【０００５】
直流電動モータ１１５の動力がメカシャフト１０６に伝達されると、ロータ１０５が回転し、吸入ポート１１１に接続された吸入マフラ１１３を通過してポンプ空間１１０内に空気が吸入され、ポンプ空間１１０内で圧縮された後、吐出ポート１１２から吐出マフラ１１４２７を経て吐出される。
【特許文献１】特開昭６３−１７７８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、燃料電池を用いたモバイル用情報端末機器の空気供給装置に使用する場合、使い勝手を考慮して燃料電池ユニットの小型化を図ることが優先されるため、吸入マフラと吐出マフラ２７、およびそれらのポンプ本体への接続配管、更にはそれら２７の取り付け部の設置場所の確保が難しい２７という課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、マフラの接続配管や取り付け部をなくして、モバイル用燃料電池ユニット内に搭載可能なサイズを実現しながら、騒音を抑えた運転が可能なベーンロータリ型空気ポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、前記フロントプレートに吸入マフラを一体に形成したものである。
【０００９】
これによって、モバイル用燃料電池ユニット内に搭載可能なサイズを実現しながら、ポ
ンプ運転時でも、ベーンとシリンダ内壁や、ベーンとベーンスリットや、ベーンとエンドプレートやフロントプレートとの摺動により発生する高周波成分の騒音や、ポンプ空間内で発生する圧縮空気の漏れによる空気の膨張音により発生する低周波成分の騒音を低減でき、静音運転が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、モバイル用燃料電池ユニット等の小型化を可能としながら、運転中にポンプから発生する騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、フロントプレートに吸入マフラを一体に形成したことにより、吸入マフラからポンプ本体への接続配管や、吸入マフラの取り付け部の設置場所が不要となり、燃料電池ユニットの小型化とポンプ運転時の低騒音化を図ることができる。
【００１２】
第２の発明は、フロントプレートに吸入マフラと吐出マフラを一体に形成したことにより、吸入マフラおよび吐出マフラからポンプ本体への接続配管や、吸入マフラおよび吐出マフラの取り付け部の設置場所が不要となり、燃料電池ユニットの小型化とポンプ運転時の低騒音化を図ることができる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第１の発明において吸入マフラの空間容積をポンプ吸入容積の５倍から１０倍の範囲としたもので、吸入された空気がマフラ部を通過するときに発生する吸入損失を抑制しつつ、ポンプ運転時に発生する騒音を効果的に抑制でき、ポンプ運転時のさらなる低騒音化を図ることができる。
【００１４】
第４の発明は、特に、第３の発明において吸入マフラの上流側に吸入管を設けたもので、ベーンの摺動により発生する高周波成分の騒音を抑制でき、ポンプ運転時のさらなる低騒音化を図ることができる。
【００１５】
第５の発明は、特に、第３の発明において吸入マフラの上流側と下流側に吸入管を設けたもので、抑制できる騒音の周波数成分を拡大でき、ポンプ運転時のさらなる低騒音化を図ることができる。
【００１６】
第６の発明は、特に、第５の発明において吸入マフラの上流側と下流側に設けた吸入管をオフセット配置したもので、抑制できる騒音の周波数成分を拡大でき、ポンプ運転時のさらなる低騒音化を図ることができる。
【００１７】
第７の発明は、特に、第６の発明において上流側の吸入管の飛び出し長さを吸入マフラの全長の３０％から５０％とし、かつ、断面積を吸入マフラの断面積の３％から１０％としたもので、吸入管での流路面積減少による吸入損失発生にともなう流量低下を最小限に抑えつつ、ポンプ運転時に発生する騒音を効果的に低減でき、ポンプ運転時の低騒音化を図ることができる。
【００１８】
第８の発明は、特に、第７の発明において吸入管のマフラ内部への飛び出し長さを吸入マフラの全長の５０％から７０％としたもので、抑制できる騒音の周波数成分を拡大でき、ポンプ運転時のさらなる低騒音化を図ることができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図１、図２において、このベーンロータリ型空気ポンプ１は、ポンプ機構部２と直流モータ３とマフラ部４で構成している。
【００２１】
筒状内壁を有するシリンダ５内に、円筒形状のロータ６をシリンダ５の内壁中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータ６にはその中心軸方向に複数のベーンスリット７を設け、これらのベーンスリット７には自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーン８を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート９とエンドプレート１０をロータ６とベーン８を挟み込むようにシリンダ５の端面に配置して複数のポンプ空間１１を形成している。
【００２２】
ロータ６の中心軸にはエンドプレート１０の反ポンプ側に配置された直流モータ３のモータシャフトを兼ねるメカシャフト１２が一体に形成されており、フロントプレート９に圧入されたころがり軸受け１３およびエンドプレート１０に圧入されたころがり軸受け１４で回転可能に支持することでポンプ機構部２を構成している。フロントプレート９の反ポンプ側には、ころがり軸受け１３の内輪が非接触となるような逃がしを設けたシール１５が薄板１６によって挟み込まれる形で設置されている。
【００２３】
直流モータ３は、モータロータ１７の外周にステータ１８を配置し、モータシャフトを兼ねるメカシャフト１２は軸受け１９ａおよび軸受け１９ｂで支持されている。
【００２４】
マフラ部４は、フロントプレート９の形状に合わせたカバー２０を薄板１６を挟んで気密的に固定することにより一体に形成され、吸入マフラ２１は、拡張室２１ａと共鳴室２１ｂ、および、共鳴室２１ｂと拡張室２１ａとを連通するパスチューブ２１ｃからなる。吸入マフラ２１の空間容積は、ポンプ吸入容積のおよそ５倍から１０倍の範囲とすることが望ましく、５倍程度あれば吸入された空気がマフラ部４を通過するときに吸入損失がほとんど発生せずにポンプ運転時に発生する騒音を効果的に抑制でき、ポンプ運転時のさらなる低騒音化を図ることができる。また、１０倍以上は特に必要なく、小型化を阻害する。
【００２５】
拡張室２１ａの上流側には吸入管２２ａを設け、下流側には吸入管２２ｂを設けてフロントプレート９の吸入ポート２３ａに連通している。なお、エンドプレート１０にも吸入ポート２３ｂを設けて貫通孔２４で連通している。
【００２６】
吸入管２２ａがマフラ部４の外部に飛び出した部分の長さはマフラ部４の全長の４０％、吸入管２２ａおよび吸入管２２ｂのマフラ部４への挿入長さはマフラ部４の全長の５０％であり、吸入管２２ａおよび吸入管２２ｂの断面積はマフラ部４の断面積の５％である。
【００２７】
フロントプレート９に設けた吐出ポート２５には、共鳴室２１ｂを貫通して吐出管２６を配設している。
【００２８】
かかる構成によれば、図示しない電源部から入力された電流を得て、モータロータ１７とステータ１８との間の磁気作用によりモータロータ１７は回転トルクを得て回転運動する。モータロータ１７と一体的に構成されたモータシャフトを兼ねるメカシャフト１２が、軸受け１９ａおよび軸受け１９ｂによって回転可能に支持されることで、ポンプ機構部２に回転力を伝達する。
【００２９】
直流モータ３によって出力された回転力はモータシャフトを兼ねるメカシャフト１２と結合されたロータ６に伝達される。回転力を得たロータ６の回転にともない、ベーン８が遠心力によってロータ６の中心軸方向に設けられたベーンスリット７に沿って飛び出すこ
とで、ポンプ空間１１を形成する。
【００３０】
同時に、吸入管２２ａから拡張室２１ａに流入した空気は、吸入管２２ｂを経て吸入ポート２３ａからポンプ空間１１に流入する経路と、吸入ポート２３ａからシリンダ５に設けられた貫通孔２４を経て、エンドプレート１０に設けられた吸入ポート２３ｂからポンプ空間１１に流入する経路の２経路からポンプ空間１１に流入する。
【００３１】
流入した空気は、ロータ６の回転にともない、ベーン８がスリット７内を往復運動しつつ、ベーン８の先端がシリンダ５の内壁に沿って摺動することで、ポンプ１１が伸縮作用を生じ、ポンプ空間１１内で圧縮され、吐出ポート２５を経て吐出管２６より吐出される。
【００３２】
メカシャフト１２とフロントプレート９との隙間を通してころがり軸受け１３の内輪と外輪の隙間から漏れ出そうとする圧縮後の高圧空気に対しては、シール１５およびシール１５を固定する薄板１６によってマフラ部４内への漏れだしを抑え、体積効率の低下を抑制している。シール１５の中心部には逃がしを設け、ころがり軸受け１３の内輪の接触を防止し、ロータ６の回転数の低下やステータ１８へ流れる電流値の増加などのポンプ効率の低下を抑制している。
【００３３】
かかる構成によれば、ベーン８とシリンダ５の内壁や、ベーン８とベーンスリット７や、ベーン８とエンドプレート１０やフロントプレート９との摺動により発生する高周波成分の騒音や、ポンプ空間１１内で発生する圧縮空気の漏れによる空気の膨張音により発生する低周波成分の騒音は、吸入管２２ａを通過した直後に急拡散し、拡張室２１ａ内で複雑に反射させることで騒音エネルギーが減少する。また、共鳴室２１ｂの容積とパスチューブ２１ｃの断面積および長さの組み合わせにより、特定周波数を共鳴させて消音できるため、吸入管２２ａからポンプの外へ漏れ出す騒音を抑制でき、ポンプの静音運転が可能となる。
【００３４】
また、拡張室２１ａと共鳴室２１ｂをフロントプレート９に一体に形成したため、マフラからポンプ本体への接続配管や、マフラの取り付け部の設置場所が不要となり、モバイル用燃料電池ユニット内に搭載可能な小型サイズを実現することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。マフラ部４は、フロントプレート９と一体に形成され、吸入マフラ２１と吐出マフラ２７とから構成されている。吸入マフラ２１の上流側と下流側にはそれぞれ吸入管２２ａと吸入管２２ｂを設けている。吸入管２２ａの飛び出し長さはマフラ部４の全長の４０％、吸入管２２ａ，２２ｂの吸入マフラ２１内部への挿入長さはマフラ部４の全長の５０％であり、吸入管２２ａ，２２ｂの断面積はマフラ部４の断面積の５％である。
【００３６】
また、マフラ部４には、吐出ポート２５の位置に吐出マフラ２７を構成し、吐出管２６を配設している。
【００３７】
かかる構成によれば、ベーン８とシリンダ５の内壁や、ベーン８とベーンスリット７や、ベーン８とエンドプレート１０やフロントプレート９との摺動により発生する高周波成分の騒音や、ポンプ空間１１内で発生する圧縮空気の漏れによる空気の膨張音により発生する低周波成分の騒音は、吸入管２２ｂを通過した直後に急拡散し、吸入マフラ２１内で複雑に反射させることで騒音エネルギーが減少し、吸入管２２ａからポンプの外へ漏れ出す騒音を抑制できる。
【００３８】
さらに、吐出ポート２５には吐出マフラ２７と吐出管２６を設けて排気する。これにより、吐出ポート２５から漏れ出すベーン８の摺動音や圧縮した空気の漏れによる膨張音は吐出マフラ２７で急拡散し、吐出マフラ２７内で複雑に反射させることで騒音エネルギーが減少されるため、ポンプの静音運転が可能となる。
【００３９】
また、吸入マフラ２１と吐出マフラ２７とをフロントプレート９に一体に形成したため、マフラからポンプ本体への接続配管や、マフラの取り付け部の設置場所が不要となり、燃料電池ユニットの小型化を図ることができる。また、吐出管２６は燃料電池の発電ユニットに接続され、閉じられた系となって騒音が押さえられている場合は、吐出マフラ２７部を吸入マフラ２１のスペースに充て、吸入管２２ａと吸入マフラ２７の空間の断面積比を大きくとることで、消音効率をより向上することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるベーンロータリ型空気ポンプは、小型かつ運転中にポンプから発生する騒音を低減できるため、家庭用健康器具や医療用治療器具等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図
【図４】（ａ）従来のロータ回転式ポンプの縦断面図、（ｂ）同側面断面図
【図５】従来のロータ回転式ポンプの配置図
【符号の説明】
【００４２】
１  ベーンロータリ型空気ポンプ
２  ポンプ機構部
３  直流モータ
４  マフラ部
５  シリンダ
６  ロータ
７  ベーンスリット
８  ベーン
９  フロントプレート
１０  エンドプレート
１１  ポンプ空間
１２  メカシャフト
２１  吸入マフラ
２１ａ  拡張室
２１ｂ  共鳴室
２２ａ  吸入管
２２ｂ  吸入管
２３ａ  吸入ポート
２３ｂ  吸入ポート
２７  吐出マフラ
【図１】
2006017024.tif 000003
【図２】
2006017024.tif 000004
【図３】
2006017024.tif 000005
【図４】
2006017024.tif 000006
【図５】
2006017024.tif 000007